0 引 言
繼電保護裝置是電力系統的重要組成部分，它對保證系統安全運行起著非常重要的作用。它在系統故障時切除故障設備、對系統安全運行做出貢獻，但若不正確動作( 包括拒動和誤動) 給系統造成的危害也是巨大的［1］。近年來，隨著技術發(fā)展和新標準的推廣，新型保護裝置大量采用了多 CPU 協作、智能化開入開出回路等新技術。與傳統裝置相比，新裝置軟硬件設計更為復雜，在研發(fā)及生產過程中**缺陷的可能性也更大。因此，**深入地測試繼電保護裝置，提高裝置質量，對降低裝置運行過程中發(fā)生故障的幾率，保證電力系統安全穩(wěn)定的運行意義重大。盡管近年來實時數字仿真系統和微機繼電保護測試儀在繼電保護裝置測試工作中得到廣泛使用，繼電保護裝置的測試水平、測試效率和測試質量得到大幅提高，但是測試流程卻并無太大的改進，測試過程依然需要大量的人工操作，自動化程度和效率比較低。微機繼電保護技術發(fā)展到今天，僅靠傳統的測試方法已經遠遠不能滿足要求，繼電保護裝置測試應實現自動化［2］。
1 設計目標
通過對手動測試流程和歷史測試記錄的分析，我們發(fā)現影響測試效率和測試結果可靠性的因素有: ①測試中需頻繁地改動測試接線。②測試中需人工計算并設置測試儀輸出參數。③測試中需監(jiān)視裝置顯示和指示燈。④測試人員水平及工作責任心等人員因素。
文獻［3 － 5］提出了幾種繼電保護裝置自動測試系統的實現方案，解決了部分上述問題，但仍存在一些不足之處: ① 僅從現場測試的需求出發(fā)，沒有考慮生產測試的需求。② 依然需要手動選擇測試方案，存在誤操作的可能。③ 受測試儀硬件接口容量的限制，測試中還需經常改變測試接線。④ 無法滿足數字化保護裝置的測試需求。
本文認為應充分地利用計算機系統網絡化、自動化、智能化的優(yōu)勢，將自動測試功能和數據管理功能緊密地融合，實現整個測試過程的全自動化操作。自動測試系統需實現下述目標和功能:
( 1) 閉環(huán)測試能力: 應支持對保護動作接點信息、保護模擬量、整組報告、開入、開出等信息的讀取、分析及比較，裝置的精度核對、動作事件判斷、動作時間比較均由自動測試系統自動完成。
( 2) 良好的可重復性: 對于同一測試對象，能夠保證自動選擇相同測試方案執(zhí)行相同的測試，得到相同的結論，保證測試結果的一致性。
( 3) **的測試覆蓋率: 盡可能覆蓋現有裝置的測試點; 提供足夠的硬件接口，測試中基本不需改動測試接線; 滿足數字化保護裝置的測試需求。
( 4) 完善的測試記錄管理: 自動記錄詳細的測試信息并妥善地存檔，以備檢索、統計、分析和測試報告打印所需。
( 5) 方便的測試方案設計: 實現多級層次型的測試元件管理功能，在各個層次上支持導入、導出等復用功能; 允許用戶自行設計測試界面模板并編制測試邏輯腳本，實現自定義動態(tài)測試元件。
( 6) 用戶權限可控: 應實現基于用戶角色的權限管理功能，能夠根據當前登錄用戶的角色自動選擇對應的運行模式，賦予用戶不同的操作權限。
( 7) 具備良好的可擴展性，能夠適應裝置更新換代的需要。
2 系統總體設計
2． 1 系統組成自 動 測試系統采用分布式和模塊化的設計思 想，在 硬件上由數據庫、應 用 服務 器、生 產管 理 客 戶端、測 試 控制主機、GPS時鐘和測試儀等設備組成( 如圖 1 所示) ，根據功能可將整個系統分為數據管理和自動測試兩個子系統。數據管理子系統由數據庫、應用服務器和生產管理客戶端組成，其主要功能是: 數據存儲及管理( 包括物料信息、條碼、測試方案、測試記錄等) 、用戶及權限的管理、數據的 WEB 發(fā)布。自動測試子系統由測試控制主機、測試儀和衛(wèi)星同步時鐘組成，其主要功能是: 根據選定的測試方案，實現對裝置的閉環(huán)自動測試，生成測試記錄并存檔。
2． 2 系統流程
通過綜合考慮用戶對自動測試系統的需求、自動測試系統的應用場景以及生產管理的需要，我們在設計自動測試系統時，將整個系統的流程分為三個階段( 如圖 2 所示) 。
測試方案開發(fā)階段，由測試開發(fā)人員完成。本階段，測試開發(fā)人員根據裝置軟硬件的功能和配置，依照繼電保護裝置出廠檢驗標準或現場檢驗規(guī)程，在測試元件庫中選擇合適的測試元件組成完整測試方案，完成測試方案的開發(fā)。
測試方案歸檔階段，由數據管理人員完成。測試方案開發(fā)結束后，測試開發(fā)人員將測試方案及相關文檔打包成測試方案包，提交給數據管理人員審核。測試方案審核通過后，通過生產管理客戶端上傳至數據庫，建立測試方案與裝置型號之間的關聯關系。
自動測試階段，由測試人員完成。通過掃描裝置條碼，自動測試軟件依據關聯關系，自動地下載、加載合適的測試方案; 順序地運行方案中的測試元件將測試結果匯集成詳細的裝置測試記錄，上傳至數據庫服務器中存檔。
3 系統開發(fā)
3． 1 數據管理子系統
數據管理子系統采用 B/ S 架構實現，所有的業(yè)務邏輯均使用ASP． NET 技術在應用服務器中開發(fā)運行，客戶端不需要安裝專用軟件，僅通過瀏覽器即可完成對所有數據的管理功能，系統的部署、更新和維護非常方便。目前，我們已在應用服務器上實現了: 物料信息的維護及查詢、條碼的生成及打印( 客戶端需瀏覽器插件支持) 、測試方案上傳功能、測試記錄的查詢統計分析、測試報告的生成和打印等功能。
3． 2 測試儀
測 試 儀 采 用 多CPU 結構實現，包括液晶顯示、主控單元、輸出功放及各種智能化的信號輸入輸出接口板，其基本配 置 如圖 3 所示。
為保證測試儀的實時性能和輸出精度，主控單元采用基于 PowerPC 和 DSP 的雙 CPU 架構，PowerPC用于測試儀的管理，運行實時多任務操作系統，實現測試儀的顯示輸出、參數配置、信息記錄及上位機通信等功能; DSP 則用于測試控制，實現測試波形的生成、接口板驅動等功能。雙 CPU 之間采用高速同步串口通訊方式完成數據的交換。
所有的接口板均為配置獨立單片機的智能化接口板，采用CAN 總線通信方式與主控單元完成命令和數據的交換，可通過修改配置文件實現接口板之間的相互替換，具有很強的 擴 展能力。
3． 3 自動測試軟件
自動測試軟件運行于測試控制主機之上，是整個測試系統的核心組成部分。自動測試系統所需的測試方案開發(fā)、測試方案執(zhí)行、測試儀控制、保護裝置通信及測試記錄的生成和上傳的功能均通過本軟件實現。它基于開源的 QT 跨平臺應用程序框架( QTCross-platform Application Framework ) 開發(fā)，可在 Windows、Linux操作系統上編譯運行。
3． 3． 1 組成結構和模塊功能
如圖 4 所示，自動測試軟件主要由測試界面管理、測試方案管理、自動測試控制、測試儀控制接口、裝置通信接口和數據庫接口組成。測試界面管理模塊主要實現動態(tài)測試元件的加載和執(zhí)行功能: 當執(zhí)行某一測試元件時，本模塊根據測試元件的配置，解析測試界面模板文件和測試參數配置文件，動態(tài)的生成測試界面，調用測試腳本中的功能函數，完成測試參數的計算和測試命令序列的生成，供自動測試控制模塊使用。
測試方案管理模塊主要實現測試方案的讀寫和管理功能: 本模塊根據裝置的條碼信息，自動地通過數據庫接口下載測試方案到本地，然后加載測試方案和測試配置文件的內容到內存中，供自動測試控制模塊和測試界面管理模塊使用。
自動測試控制模塊是自動測試軟件的核心模塊，它根據由當前測試元件的測試腳本生成的測試命令序列，調用測試儀控制接口、裝置通信接口和數據庫接口分別控制測試儀的輸出、回收裝置的動作接點信息、讀取裝置的報文數據、生成測試記錄并存檔。
3． 3． 2 運行模式的設計和選擇策略
為了更好的滿足不同用戶和不同測試場景的測試需求，自動測試軟件專門設計了不同運行模式，根據當前系統的在線狀態(tài)和當前用戶的角色自動選擇合適的運行模式。
研發(fā)測試模式: 適用于裝置研發(fā)測試和測試方案開發(fā)，須在線運行且登錄用戶為開發(fā)人員。此模式允許重復執(zhí)行特定的測試元件，允許測試過程中修改測試參數。
生產測試模式: 適用于裝置的出廠測試，須在線運行且登錄用戶為生產測試人員。此模式按照整個測試方案的配置順序地執(zhí)行所有測試元件，自動生成測試記錄并上傳，不需用戶干預?，F場校驗模式: 適用于現場調試和驗收測試，須在線運行且登錄用戶為現場測試人員。在此模式下測試定值可選用裝置運
行定值，亦可選用測試方案中設置的定值。
離線現場校驗模式: 同樣適用于現場調試和驗收測試，當連接數據管理系統失敗時允許用戶手動選擇測試方案和測試元件，測試記錄暫存于本地，待重新連接數據管理系統后再進行測試記錄同步操作。
3． 3． 3 可擴展性設計
實現閉環(huán)自動測試，測試軟件不僅要讀取裝置的動作接點信息，還必須具備與裝置通信的能力，能夠讀寫裝置定值，能夠讀取裝置的保護動作信息、測量值、開入量、SOE 等報文信息，以用于比較和檢查。但是由于不同型號裝置的通訊規(guī)約一般會有所不同，而且隨著繼電保護裝置向網絡化、一體化和智能化發(fā)展［6］，新的通信規(guī)約也會被逐步采用，自動測試軟件必須能夠方便的擴充裝置通信規(guī)約，以適應未來裝置發(fā)展。
本文出于對通訊效率及編程方便性的考慮，采用 QT 框架提供的插件機制實現裝置通信功能的擴展: 將每種裝置通訊規(guī)約封裝成一個獨立的規(guī)約 插 件，實 現統一的初始化接口和數據讀寫接口。自動測試軟件根據裝置測試配 置，調 用 對 應的規(guī)約插件完成與裝置的直接通訊功能，實現的方式如圖 5 所示。
3． 3． 4 可配置裝置的自動測試解決方案
可配置模式是指把裝置的部分軟硬件組件定義為可配置，應用時根據需要修改裝置的配置文件，動態(tài)地啟用或停用相應組件的設計模式，具有可靈活地滿足各類用戶的需求、降低裝置總體開發(fā)成本和維護成本等優(yōu)點，現階段在裝置設計中得到廣泛地應用。但可配置模式給自動測試系統的開發(fā)帶來一些問題: 由于不同配置的裝置在功能和接口方面并不完全一致，適用于某種配置的測試方案無法完全適用于其他配置方式; 裝置的配置方式眾多，很難為每種配置方式單獨開發(fā)測試方案; 造成測試時測試方案選擇困難。
通過對可配置裝置實現原理的分析，我們發(fā)現無論如何配置，其配置的功能均不可能超出裝置的*大設計能力。因此比較好的解決方案是: 測試方案在開發(fā)時基于裝置*大化配置開發(fā)，在測試時通過一種自動機制識別裝置配置，自動選擇所需的測試元件，完成裝置整體測試。
本文采用設置測試元件的使能條件的方式實現測試元件自動選擇功能。測試元件使能條件分為硬件約束和軟件約束兩種，硬件約束一般為裝置特定插槽是否存在特定型號的板卡。軟件約束則可以是裝置是否配置了某項功能或某種保護元件。只有當測試元件所有已配置的約束條件都同時滿足時該測試元件才
會被實際的選擇和執(zhí)行，選擇流程如圖 6 所示。
4 結束語
繼電保護裝置自動測試系統已經在本公司研發(fā)和生產工作投入使用，用戶反映良好: 采用本系統后，完成整機測試所需的平均耗時減少到原手動測試平均耗時的 1 /5; 通過對已有自動測試記錄的統計分析，沒有發(fā)現誤測、漏測的現象。實踐證明，繼電保護裝置自動測試系統的使用，在提升裝置測試效率、保證裝置測試的質量等方面效果顯著。
